PXI-4130 SMU를 위한 소스 및 측정 타이밍

개요

측정 속도는 자동화 테스트 시스템에서 매우 중요합니다. 테스트 중인 디바이스 (DUT)에 보내지는 전압/전류를 신속하게 출력하고 측정할 수 있다면 테스트 프로세스에서의 병목을 줄일 수 있어 처리량이 증대됩니다. 본 문서에서는 소싱, 측정 또는 이 두 가지를 다 수행하기 위해 NI PXI-4130의 소프트웨어 타이밍 사용 방법을 살펴봅니다.

내용

소스 타이밍

본 섹션에서는 PXI-4130의 출력 프로그래밍을 위한 타이밍 고려사항을 설명합니다. 얼마나 빠르게 업데이트가 진행되며 NI-DCPower의 Configure VI가 어떻게 작동하는지 살펴봅니다.

전압 또는 전류 프로그래밍에 사용되는 네 가지 VI가 있습니다. 네 가지 VI는 Configure Voltage Level VI, Configure Current Limit VI, Configure Current Level VI, Configure Voltage Limit VI입니다. 첫 번째 두 개 VI는 DC 전압 출력 함수가 선택될 때만 적용할 수 있으며, 나머지 두 개 VI는 DC 전류 출력 함수가 선택될 때만 적용 가능합니다. 출력 함수는 Configure Output Function VI를 사용하여 설정됩니다. 출력 프로그래밍에 대한 정보는 NI-DCPower 도움말 파일을 참조하십시오.

Configure VI는 가장 신속한 업데이트 속도를 얻기 위해 루프에서 계속적으로 호출됩니다. 하드웨어는 333 µs 마다 새로운 업데이트 명령을 수용할 수 있으므로 3 kHz의 최고 연속 업데이트 속도를 구현합니다. 예를 들어, 전압 스위프를 수행하고자 한다면 루프에서 Configure Voltage Level VI를 반복적으로 호출할 수 있습니다. 루프가 실행할 수 있는 최고 속도는 3 kHz입니다. 그 이유는 소프트웨어가 이보다 더 빨리 실행된다 하더라도 각 새로운 업데이트 명령이 이전 명령과 최소 333 µs 간격이어야 하기 때문입니다. 앞서 설명한 것과 같은 루프를 LabVIEW에서 어떻게 코딩하는지 그림을 통해 보십시오.


그림 1.  최고 속도에서 Configure Voltage Level VI 호출하기

다음 표는 PXI-4130 채널 1에서 각 다른 구성 변경에 대한 처리 시간을 나타냅니다.

첫 번째 란은 특정한 변경이 출력에 영향을 주기 위해 요구되는 최대한의 시간입니다. 즉, Configure VI가 하드웨어 재구성을 완료한 후, 사용자의 프로그램으로 실행이 반환되는 포인트 그 이상으로 확장할 때의 시간이 측정됩니다.

두 번째 란은 최대 연속 업데이트 속도입니다. 본 속도는 연속적으로 실행되는 루프에서 업데이트를 위한 것입니다. 이같은 최고 속도에 대한 더욱 자세한 정보는 소프트웨어 속도 섹션을 참조하십시오.

구성 변경 최고 시간 (µs) 최고 연속 속도 (Hz)
전압 레벨 변경 (같은 극) 667 3000
전압 레벨 변경 (다른 극) 1000 1500
전류 한계 변경 667 3000
전류 레벨 변경 (같은 극) 667 3000
전류 레벨 변경 (다른 극) 1000 1500
전압 한계 변경 667 1500
전압 레벨 범위 변경 667 1500
전류 한계 범위 변경 4000 273
전류 레벨 범위 변경 4000 273
전압 한계 범위 변경 667 1500

3 kHz의 속도에서 출력을 연속적으로 업데이트한다 하더라도 출력이 333 µs 내에 정착된다는 의미는 아닙니다. 로드 조건에 시간이 더 소요될 수도 있습니다. 출력 정착 시간 결정에 대한 자세한 정보는 NI PXI-4130 사양과 프로그래밍 가능한 DC 전원 공급 및 정밀 DC 소스를 위한 로드 고려사항을 참조하십시오.

전류 한계 범위 또는 전류 레벨 범위 변경은 기타 작업보다 더욱 많은 시간이 소요됩니다. 출력 값의 해당 Autorange 프로퍼티가 "true"로 설정되었을 경우, 출력값을 변경하면 출력 범위는 내재적으로 변경된다는 사실을 기억하십시오. 예를 들어, niDCPower Current Limit Autorange 프로퍼티가 "true"로 설정되었다면 전류 한계를 변경할 때 전류 한계 범위는 내재적으로 변경됩니다.

레벨의 극성 (sign)이 변경될 경우, 전압 레벨 또는 전류 레벨을 변경할 때 평소보다 더욱 오랜 시간이 소요됩니다. 예를 들어, 전압 레벨을 -5에서 10 V로 변경하는 것이 5에서 10 V으로 변경하는 것보다 시간이 더 오래 걸립니다.

타이밍 측정

NI-DCPower는 측정에 사용되는 두 개의 VI를 제공합니다. 첫 번째 VI는 niDCPower Measure입니다. 본 VI는 단 하나의 채널에 대한 단일 전압/전류 측정을 얻기 위해 사용됩니다. 두 번째 VI는 niDCPower Measure Multiple입니다. 본 VI는 하나 또는 그 이상의 채널에서 동시에 전압/전류 측정을 얻기 위해 사용됩니다.

Measure Multiple은 전압 및 전류 측정이 모두 필요한 경우 또는 여러 채널을 측정할 경우, niDCPower Measure 보다 더욱 우수한 성능을 제공합니다. 그러나, 단일 측정만이 필요한 경우 Measure가 더욱 우수한 성능을 제공합니다.

PXI-4130은 3 kS/s 샘플링 속도, 매 333 µs마다 모든 채널에서 전압/전류를 연속 측정합니다. Samples to Average 프로퍼티 및 Reset Average Before Measurement 프로퍼티는 본 측정이 어떻게 사용되며 Measure and Measure Multiple에 의해 리포트되는지 제어하기 위해 사용됩니다.

측정 평균

PXI-4130은 노이즈를 줄이고 민감도 향상을 위해 측정 샘플의 평균을 도출합니다. 본 계측기는 3 kS/s에서 수집된 샘플의 고정 수를 평균으로 나타냅니다. niDCPower Samples to Average 프로퍼티를 사용하여 프로그램적으로 평균을 내기 위한 샘플 수를 설정할 수 있습니다. 측정 VI 중 하나가 호출되면 평균 측정이 반환됩니다.

PXI-4130은 평균 도출을 위한 단순한 구조를 사용합니다. 이는 이동 평균이 아닙니다. 계측기가 고정된 수의 샘플을 수집할 때마다 평균을 도출하며 샘플을 버립니다. 그 후 다음 평균 측정에 대한 다음 샘플 세트를 수집하기 시작합니다.

Reset Average Before Measurement 프로퍼티

Reset Average Before Measurement 프로퍼티를 사용하여 평균화된 샘플이 수집될 때 제어할 수 있습니다.

프로퍼티가 "false"로 설정되었다면 계측기는 측정을 지속적으로 수집하고 이를 평균화합니다. niDCPower Measure 또는 niDCPower Measure Multiple을 호출할 때, 마지막 평균 측정이 반환됩니다. 다시 말해 본 평균을 얻기 위해 사용되는 샘플은 VI를 호출하기 이전에 수집되었다는 의미입니다. 본 설정은 어플리케이션이 다른 태스크를 진행할 때에도 계측기가 샘플을 수집하도록 허용하므로 본 설정을 사용하면 최고의 성능을 얻을 수 있습니다.

만약 프로퍼티가 "true"라면, NI-DCPower는 이전의 샘플과 이전의 평균을 버리고, 새로운 샘플 세트 수집을 시작하여 평균을 냅니다.

따라서, niDCPower Measure 또는 niDCPower Measure Multiple에 의해 반환된 측정이 VI를 호출한 후에 얻은 샘플로 구성되었음을 확실히 하기 위해 Reset Average Before Measurement 프로퍼티를 "true"로 설정하십시오. 이것은 기본 설정입니다.

소프트웨어 측정 속도

소프트웨어 측정 속도는 NI-DCPower를 사용하는 어플리케이션이 측정을 수집할 때 가장 빠른 속도입니다. 본 속도는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. 첫 번째 요소는 PXI-4130의 고정 샘플링 속도인 3 kS/s입니다. 두 번째 요소는 niDCPower Samples to Average 프로퍼티에 의해 정해진 평균을 내기 위한 샘플의 개수입니다. 본 속도는 다음 LV 루프가 실행하는 최대 속도입니다.


그림 2. 최고 속도에서 Measure Multiple VI 호출하기

niDCPower Samples to Average 프로퍼티와 NIDCPOWER_ATTR_SAMPLES_TO_AVERAGE 프로퍼티의 기본값은 10입니다. 다음 등식에서 볼 수 있듯이, 가장 빠른 소프트웨어 측정 속도는 기본값을 사용하여 300 measurements/second입니다.

 

측정 평균을 사용하지 않는다면 (Samples to Average = 1), 가장 빠른 소프트웨어 측정 속도는 3,000 measurements/second입니다.

평균을 사용하지 않을 때 측정이 가장 빠른 측정 속도를 도출하지만, 환경에 의한 노이즈 (예를 들면, 케이블 연결 때문에 야기되는 50 Hz 또는 60 Hz 노이즈)는 측정 불확실성을 더욱 증폭시킵니다. 어플리케이션을 위한 노이즈 성능과 측정 속도를 최적화하기 위해 niDCPower Samples을 Average property 또는 NIDCPOWER_ATTR_SAMPLES_TO_AVERAGE 프로퍼티로 조정하십시오.

노이즈 제거에 대한 자세한 정보는 NI DC 전원 공급 및 SMU 도움말 파일을 참조하십시오.

소프트웨어 속도

위의 두 섹션에서는 최고 업데이트 속도와 최고 측정 속도에 대해 설명하였습니다. 본 사항은 "하드웨어 최대값"이라는 측면에서 설명되었습니다. 그러나 최고 속도를 획득하기 위해서는 어플리케이션 소프트웨어도 하드웨어에 부합하도록 충분히 빠르게 실행되어야 합니다.

다음 표는 NI-DCPower에서 시간 결정적 VI의 일반적인 실행 속도입니다. 본 숫자는 대부분의 PC에서 소프트웨어가 PXI-4130의 최고 속도에 부합한다는 것을 나타냅니다. 따라서 NI-DCPower 어플리케이션을 실행하는 프로세서 코어가 충분히 빠르고 다른 태스크를 수행하고 있지 않다면, 어플리케이션은 3 kHz의 최고 PXI-4130 속도를 실행할 수 있어야 합니다.

VI 실행 시간 (µs)
Configure Voltage Level VI 120
Configure Current Limit VI 140
Configure Current Level VI 125
Configure Voltage Limit VI 125
Measure VI 120
MeasureMultiple VI (단일 채) 185

* 본 숫자는 1.86 GHz Intel® Core™2 Duo Processor 머신에 대한 벤치마크입니다. 이전 두 섹션에서 언급한 3 kHz 최고 루프 속도를 얻기 위해 멀티코어 프로세서를 사용할 것을 권장합니다.

소스-측정 타이밍

이전 두 섹션에서는 소스 타이밍과 측정 타이밍에 대해 각각 살펴보았습니다. 그러나, NI PXI-4130은 소스-측정 작업에서 가장 유용한 제품입니다.

일반적인 소스 측정 루프에서는 전압/전류를 소싱하고 출력이 정착될 때까지 일정 시간을 대기한 후 측정을 수행합니다. 소프트웨어 타이밍에 의존하고 있으므로, 최소 타이머 해상도는 보통 1 ms 범위입니다. 다음 그림은 소스-지연-측정 루프를 코딩하는 방법입니다.


그림 3.  소스-지연-측정 루프 실행하는 방법

루프 속도는 대체적으로 루프를 구성하는 정착 시간에 따라 달라집니다.

가장 빠른 소스-측정 루프 속도 획득

가장 빠른 소스-측정 루프 속도를 얻기 위해서는 어플리케이션에서 소프트웨어 타이머를 사용할 수 없습니다. 루프에는 업데이트 (Configure VI)와 측정 (Measure VI)이 반드시 포함되어야 합니다. 이같은 방식을 사용하여 Samples to Average 프로퍼티가 1로 설정되었을 경우 3 kHz 루프 속도를 얻을 수 있습니다.

그러나, PXI-4130 출력이 업데이트되기 전에 Configure VI가 반환되므로, 측정은 동일한 루프 반복에서 요청된 값에 부합하지 않습니다. 유효한 측정이기는 하지만 두 번에서 네 번 루프 반복 이후에 나타난 업데이트에 해당되기 때문입니다. 따라서 루프에서 최소 두 번에서 네 번의 측정을 수행한 후 그 측정을 루프로부터 얻은 측정에 추가해야 합니다. 또한, 동시 전압 및 전류 측정 (최고 250 µs)을 반환하는 Measure Multiple VI를 사용하고, Configure VI에 대한 입력에 의존하는 대신 루프 후의 데이터 처리를 위해 본 전압 및 전류 측정을 사용하는 것을 권장합니다.

보다 뛰어난 성능을 위해 Reset Average Before Measurement 프로퍼티를 "false"로 설정하십시오.

Samples to Average 개수를 증가시키면 본 루프 속도는 감소합니다.

다음 그림은 LabVIEW에서 루프 코딩 방법을 설명합니다.


그림 4. 가장 빠른 소스-측정 루프 실행하는 방법

결론

PXI-4130을 사용하는 모든 시퀀스나 스위프는 소프트웨어에서 수행되어야 하며 소프트웨어 타이밍이어야 합니다. PXI-4130은 333 µs 전압 및 전류 측정을 수행합니다. 또한 매 333 µs 마다 업데이트를 수행합니다. 따라서 얻을 수 있는 가장 빠른 소스-측정 루프 속도는 3 kHz입니다. 본 결과는 최소의 작업량과 적당히 빠른 속도의 머신을 보유한 경우 획득 가능합니다.